JP2015111488A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】閾値電圧の製造バラツキを低減させ、かつ、チップ面積を従来と同様とする高精度の閾値電圧制御が必要なセンスアンプMOSトランジスタを提供する。【解決手段】隣り合うよう配置された互いに導電型の異なる第1ウェルNW1及び第2ウェルPW1にそれぞれ形成された互いにチャネル型の異なるセンスアンプ用第1トランジスタ1−P1a及びセンスアンプ用第2トランジスタ1−N4aを形成し、不純物濃度が不均一なウェルの外縁50と第1トランジスタ1−P1aとに挟まれるように第1ウェルNW1にプリチャージ用第3トランジスタ1−P3aを形成する。【選択図】図1
Description
本発明は、素子の製造バラツキの、回路動作に対する影響を低減した半導体装置に関する。
例えば、DRAM(ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ)には、データを蓄積する1個のキャパシタと、このキャパシタに対してデータの書き込みまたは読み出しを行う1個のスイッチトランジスタとからなる構成をメモリセルとしている。
しかしながら、メモリの高集積化が進むにつれて、上記キャパシタに蓄積される電荷量が低減し、上記スイッチトランジスタを介してキャパシタから読み出せる信号量が小さくなっているため、センスアンプにより上記信号量の微少な電圧を増幅する必要がある(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、メモリの高集積化が進むにつれて、上記キャパシタに蓄積される電荷量が低減し、上記スイッチトランジスタを介してキャパシタから読み出せる信号量が小さくなっているため、センスアンプにより上記信号量の微少な電圧を増幅する必要がある(例えば、特許文献1参照)。
例えば、センスアンプ回路には、図5に示すように、サブセルアレイに分割されたメモリセル領域の間に、隣接するメモリセル領域に対応する2対のセンスアンプが形成されている。
この2組のセンスアンプのうち、1組のセンスアンプ(図5の図面上において左側のメモリセル領域に対応する)は、nチャネル型MOSトランジスタ(以下、nMOSトランジスタと記す)2−N4a及び2−N5aと、pチャネル型MOSトランジスタ(以下、pMOSトランジスタと記す)2−P1a及び2−P2aとから構成されている。
ここで、nMOSトランジスタ2−N1aは、ビット線BLTa及びBLBaのイコライズに用いられ、nMOSトランジスタ(以下N2−N6a及び2−N7aは、ビット線BLTa、BLBaそれぞれのプリチャージに用いられる。
この2組のセンスアンプのうち、1組のセンスアンプ(図5の図面上において左側のメモリセル領域に対応する)は、nチャネル型MOSトランジスタ(以下、nMOSトランジスタと記す)2−N4a及び2−N5aと、pチャネル型MOSトランジスタ(以下、pMOSトランジスタと記す)2−P1a及び2−P2aとから構成されている。
ここで、nMOSトランジスタ2−N1aは、ビット線BLTa及びBLBaのイコライズに用いられ、nMOSトランジスタ(以下N2−N6a及び2−N7aは、ビット線BLTa、BLBaそれぞれのプリチャージに用いられる。
他の1組のセンスアンプ(右側のメモリセル領域に対応する)は、nMOSトランジスタ2−N4b及び2−N5bと、pMOSトランジスタ2−P1b及び2−P2bとから構成されている。
ここで、nMOSトランジスタ2−N1bは、ビット線BLTb及びBLBbのイコライズに用いられ、nMOSトランジスタ2−N6b及び2−N7bは、ビット線BLTb、BLBbそれぞれのプリチャージに用いられる。
ここで、nMOSトランジスタ2−N1bは、ビット線BLTb及びBLBbのイコライズに用いられ、nMOSトランジスタ2−N6b及び2−N7bは、ビット線BLTb、BLBbそれぞれのプリチャージに用いられる。
次に、図6に示す波形図により、上述したセンスアンプの動作について説明する。ここでは、例として、ビット線BLTaに接続されたメモリセルから「1」のデータを読み出す場合を説明する。
信号線LVBLに対してプリチャージ電圧VBL(例えば、0.6ボルト)が印加されるとともに、信号線BLEQTを介して、nMOSトランジスタ2−N1a、2−N6a及び2−N7a各々のゲートに対し、「H」レベル(内部電源電圧VDD:例えば、1.4ボルト)のBLイコライズ用MOS活性化信号が印加されると、nMOSトランジスタ2−N1a、2−N6a及び2−N7a各々が活性化され、ビット線BLTa及びBLBaがプリチャージ電圧VBLにイコライズされる。このとき、電源ノードSA−N−MOS及び電源ノードSA−P−MOSへの電源供給源がオフされており、これらのノードもプリチャージ電圧VBLにイコライズされている。
そして、信号線BLEQTを介して印加されるBLイコライズ用MOS活性化信号を「L」レベル(VSS:0ボルト)とすると、nMOSトランジスタ2−N1a、2−N6a及び2−N7a各々がオフ状態となり、ビット線BLTa及びBLBaがオープン状態となる。
信号線LVBLに対してプリチャージ電圧VBL(例えば、0.6ボルト)が印加されるとともに、信号線BLEQTを介して、nMOSトランジスタ2−N1a、2−N6a及び2−N7a各々のゲートに対し、「H」レベル(内部電源電圧VDD:例えば、1.4ボルト)のBLイコライズ用MOS活性化信号が印加されると、nMOSトランジスタ2−N1a、2−N6a及び2−N7a各々が活性化され、ビット線BLTa及びBLBaがプリチャージ電圧VBLにイコライズされる。このとき、電源ノードSA−N−MOS及び電源ノードSA−P−MOSへの電源供給源がオフされており、これらのノードもプリチャージ電圧VBLにイコライズされている。
そして、信号線BLEQTを介して印加されるBLイコライズ用MOS活性化信号を「L」レベル(VSS:0ボルト)とすると、nMOSトランジスタ2−N1a、2−N6a及び2−N7a各々がオフ状態となり、ビット線BLTa及びBLBaがオープン状態となる。
次に、上記メモリセルに対応するワード線WLをアクティブ状態(図6では「H」レベル(VPP:例えば、2.7ボルト)のオン状態)とすると、メモリセルからビット線BLTaに対してキャパシタに蓄積された電荷が移動し、この電荷の移動量に対応し、ビット線BLTaの電位が電圧ΔV上昇する。
また、ビット線BLBaの電位がプリチャージ電圧VBLを維持するため、この結果、ビット線BLTa及びBLBa間にて電圧ΔVの電位差が発生することになる。
そして、センスアンプ回路の駆動電圧として、電源ノードSA−N−MOSを接地電位VSSとし、電源ノードSA−P−MOSをVDL(例えば、1.2ボルト)とすることにより、ゲートにビット線BLTaが接続されたpMOSトランジスタ2−P2aに比較して、ゲートにビット線BLBaが接続されたpMOSトランジスタ2−P1aの方が、ビット線BLBaが電圧ΔV低い分だけより強くオン状態(オン抵抗小)となる。
また、ビット線BLBaの電位がプリチャージ電圧VBLを維持するため、この結果、ビット線BLTa及びBLBa間にて電圧ΔVの電位差が発生することになる。
そして、センスアンプ回路の駆動電圧として、電源ノードSA−N−MOSを接地電位VSSとし、電源ノードSA−P−MOSをVDL(例えば、1.2ボルト)とすることにより、ゲートにビット線BLTaが接続されたpMOSトランジスタ2−P2aに比較して、ゲートにビット線BLBaが接続されたpMOSトランジスタ2−P1aの方が、ビット線BLBaが電圧ΔV低い分だけより強くオン状態(オン抵抗小)となる。
一方、ゲートにビット線BLBaが接続されたnMOSトランジスタ2−N4aに比較して、ゲートにビット線BLTaが接続されたnMOSトランジスタ2−N5aの方が、ビット線BLTaが電圧ΔV高い分だけより強くオン状態(オン抵抗小)となる。
これにより、よりビット線BLTaの電位が上昇し、一方、ビット線BLBaの電位が下降し、最終的に、ビット線BLTaの電位がVDLとなり、ビット線BLBaの電位が接地電位VSSとなり、センスアンプの増幅動作が終了する。
そして、カラム選択信号を「H」レベルとして活性化することにより、ビット線BLTaの電位をローカルIO線LIOTaに出力し、ビット線BLBaの電位をローカルIO線LIOBaに出力する。
これにより、よりビット線BLTaの電位が上昇し、一方、ビット線BLBaの電位が下降し、最終的に、ビット線BLTaの電位がVDLとなり、ビット線BLBaの電位が接地電位VSSとなり、センスアンプの増幅動作が終了する。
そして、カラム選択信号を「H」レベルとして活性化することにより、ビット線BLTaの電位をローカルIO線LIOTaに出力し、ビット線BLBaの電位をローカルIO線LIOBaに出力する。
上述したように、メモリセルからのデータの読み出しが終了する。次にメモリセルからデータを読み出す場合、信号線BLEQTを介して、nMOSトランジスタ2−N1a、2−N6a及び2−N7a各々のゲートに「H」レベルのBLイコライズ用MOS活性化信号が印加され、ビット線BLTa及びBLBaがプリチャージ電圧VBLにイコライズされた後、上述した読み出し動作を行う。
上述したように、メモリセルからデータの読み出し時に、pMOSトランジスタ2−P1a、2−P2a及びnMOSトランジスタ2−N4a、2−N5aの4つのMOSトランジスタからなるセンスアンプより、ビット線BLTa及びBLBa間の微少な電位差である電圧ΔVの増幅動作を行うため、それぞれ対となるpMOSトランジスタ2−P1aと2−P2aとの閾値電圧Vthの差、及びnMOSトランジスタ2−N4aと2−N5aとの閾値電圧Vthの差は、上記電圧ΔVより十分に小さい必要がある。
すなわち、センスアンプにおいて対となるpMOSトランジスタ同士の閾値電圧Vthの差、又は、対となるnMOSトランジスタ同士の閾値電圧Vthの差が、上記電圧ΔVより大きい場合、この電圧ΔVに対応した増幅動作が行えず、メモリセルからのデータの読み出しが行えない。
すなわち、センスアンプにおいて対となるpMOSトランジスタ同士の閾値電圧Vthの差、又は、対となるnMOSトランジスタ同士の閾値電圧Vthの差が、上記電圧ΔVより大きい場合、この電圧ΔVに対応した増幅動作が行えず、メモリセルからのデータの読み出しが行えない。
以上のように、図5のセンスアンプ回路において、センスアンプを構成するMOSトランジスタの閾値電圧Vthを精度良く制御する必要がある。
図7は、図5に示すセンスアンプ回路のレイアウトを示した図であり、n型のウェルNW1が、p型のウェルPW1とPW2とに挟まれて形成されている。そして、センスアンプ回路を構成するpMOSトランジスタ2−P1a、2−P1b、2−P2a及び2−P2bは、このウェルNW1内に形成されている。
なお、図7では、n型のウェル、p型のウェル、トランジスタのソース・ドレインを構成する拡散層及びゲート配線層を図示し、それ以外について図示を省略している。
また、図7のセンスアンプ回路は、図の上下方向に多数接して配置されており、上下の最端部にはダミーのセンスアンプ回路が配置される。
例えば、図7のウェルを形成する場合に、半導体基板にp型不純物をイオン注入してp型のウェルPWを形成した後に、n型不純物のイオン注入によりn型のウェルNW1を形成し、ウェルPW1及びPW2に分離する。このプロセスの場合、図8に示すようにn型のウェルNW1を形成する際、ウェハ全面にフォトレジストを形成し、ウェルNW1を形成する領域のみフォトレジストを除去して、n型不純物を注入する。
そして、p型のウェルPW1及びPW2には、センスアンプ回路を構成するnMOSトランジスタが形成され、n型のウェルNW1にはセンスアンプ回路を構成するpMOSトランジスタが形成される。
ここで、図5(図7)に示す構成にて製造されたセンスアンプ回路の動作を確認したところ、期待した読み出しが行われない場合のあることが見出された。この問題を解決すべくデバイスの特性を解析した結果、センスアンプを構成するトランジスタの閾値電圧Vthにばらつきがあり、特にpMOSトランジスタ2−P1a(図の左側センスアンプ)及び2−P1b(図の右側センスアンプ)の閾値電圧Vthのばらつきが大きいことが分かった。
さらに、この閾値電圧Vthのばらつきの原因を解析したところ、図7に示すようにセンスアンプ(図の左側)を構成するpMOSトランジスタ2−P1a、2−P2a、及び他のセンスアンプ(図の右側)を構成するpMOSトランジスタ2−P2b、2−P1bがn型のウェルNW1内で直線状に配置されていることに起因することが判明した。
図7は、図5に示すセンスアンプ回路のレイアウトを示した図であり、n型のウェルNW1が、p型のウェルPW1とPW2とに挟まれて形成されている。そして、センスアンプ回路を構成するpMOSトランジスタ2−P1a、2−P1b、2−P2a及び2−P2bは、このウェルNW1内に形成されている。
なお、図7では、n型のウェル、p型のウェル、トランジスタのソース・ドレインを構成する拡散層及びゲート配線層を図示し、それ以外について図示を省略している。
また、図7のセンスアンプ回路は、図の上下方向に多数接して配置されており、上下の最端部にはダミーのセンスアンプ回路が配置される。
例えば、図7のウェルを形成する場合に、半導体基板にp型不純物をイオン注入してp型のウェルPWを形成した後に、n型不純物のイオン注入によりn型のウェルNW1を形成し、ウェルPW1及びPW2に分離する。このプロセスの場合、図8に示すようにn型のウェルNW1を形成する際、ウェハ全面にフォトレジストを形成し、ウェルNW1を形成する領域のみフォトレジストを除去して、n型不純物を注入する。
そして、p型のウェルPW1及びPW2には、センスアンプ回路を構成するnMOSトランジスタが形成され、n型のウェルNW1にはセンスアンプ回路を構成するpMOSトランジスタが形成される。
ここで、図5(図7)に示す構成にて製造されたセンスアンプ回路の動作を確認したところ、期待した読み出しが行われない場合のあることが見出された。この問題を解決すべくデバイスの特性を解析した結果、センスアンプを構成するトランジスタの閾値電圧Vthにばらつきがあり、特にpMOSトランジスタ2−P1a(図の左側センスアンプ)及び2−P1b(図の右側センスアンプ)の閾値電圧Vthのばらつきが大きいことが分かった。
さらに、この閾値電圧Vthのばらつきの原因を解析したところ、図7に示すようにセンスアンプ(図の左側)を構成するpMOSトランジスタ2−P1a、2−P2a、及び他のセンスアンプ(図の右側)を構成するpMOSトランジスタ2−P2b、2−P1bがn型のウェルNW1内で直線状に配置されていることに起因することが判明した。
つまり、このような配置において、n型のウェルNW1を形成する際の上記n型不純物注入時に、n型不純物はフォトレジストの側壁に対して一定の角度を有して注入される等の理由から、フォトレジスト近傍にてフォトレジストの側壁から不純物イオンの反射が起きたり、フォトレジストの陰となり不純物イオンが正常に注入されない部分が発生する。
このため、ウェルNW1の外縁近傍の領域A1及びA2においては、ウェルNW1の内部領域Bに比較して、n型不純物の注入量がばらついて不純物濃度が不均一となり、このウェルNW1の不純物濃度のばらつきが、pMOSトランジスタ2−P1a及び2−P1bの閾値電圧Vthの変動を引き起こすことを知見した。
なお、前述のように、センスアンプ回路配列の上下の最端部にはダミーのセンスアンプ回路が配置されるため、n型のウェルNW1形成時に不純物イオンの反射や、フォトレジストの陰となり不純物イオンが正常に注入されない部分の発生が問題になるのは、図7の左右方向である。つまり、図7の上下方向には端部にダミーのセンスアンプ回路が配置されるため上下方向のウェル外縁と実使用のセンスアンプ回路との間の距離を大きくとることができるため、不純物イオンの反射等の影響を受けないで済む。
この知見に基づく解析によると、図7の左側に示すセンスアンプを構成するpMOSトランジスタ2−P1aは、2−P2aに比べてウェルNW1のウェル外縁(PW1側)に隣接した領域A1に配置されている。つまり、領域A1に配置されているため、ウェルNW1を形成するn型不純物イオン注入時にフォトレジストの側壁からの反射などの影響を受けることになり、領域Bに配置された場合に比較してpMOSトランジスタ2−P1aの閾値電圧Vthのばらつきが大きくなり、精度良く制御できない。この結果、領域Aに配置されたpMOSトランジスタ2−P1aの閾値電圧Vthと領域Bに配置されたpMOSトランジスタ2−P2aの閾値電圧Vthとの差が上記電圧ΔVを上回る場合が生じ、センスアンプがメモリセルからのデータを正常に読み出せないことになる。
また、図7の右側のセンスアンプを構成するpMOSトランジスタ2−P1bについても、2−P1bに比べてウェルNW1の外縁(PW2側)に隣接した領域A2に配置されている。従って、このpMOSトランジスタ2−P1bについても、同様に、閾値電圧Vthのばらつきが大きくなり、精度良く制御できない。この結果、左側のセンスアンプと同様に、右側のセンスアンプもメモリセルからのデータを正常に読み出せないことになる。
このため、ウェルNW1の外縁近傍の領域A1及びA2においては、ウェルNW1の内部領域Bに比較して、n型不純物の注入量がばらついて不純物濃度が不均一となり、このウェルNW1の不純物濃度のばらつきが、pMOSトランジスタ2−P1a及び2−P1bの閾値電圧Vthの変動を引き起こすことを知見した。
なお、前述のように、センスアンプ回路配列の上下の最端部にはダミーのセンスアンプ回路が配置されるため、n型のウェルNW1形成時に不純物イオンの反射や、フォトレジストの陰となり不純物イオンが正常に注入されない部分の発生が問題になるのは、図7の左右方向である。つまり、図7の上下方向には端部にダミーのセンスアンプ回路が配置されるため上下方向のウェル外縁と実使用のセンスアンプ回路との間の距離を大きくとることができるため、不純物イオンの反射等の影響を受けないで済む。
この知見に基づく解析によると、図7の左側に示すセンスアンプを構成するpMOSトランジスタ2−P1aは、2−P2aに比べてウェルNW1のウェル外縁(PW1側)に隣接した領域A1に配置されている。つまり、領域A1に配置されているため、ウェルNW1を形成するn型不純物イオン注入時にフォトレジストの側壁からの反射などの影響を受けることになり、領域Bに配置された場合に比較してpMOSトランジスタ2−P1aの閾値電圧Vthのばらつきが大きくなり、精度良く制御できない。この結果、領域Aに配置されたpMOSトランジスタ2−P1aの閾値電圧Vthと領域Bに配置されたpMOSトランジスタ2−P2aの閾値電圧Vthとの差が上記電圧ΔVを上回る場合が生じ、センスアンプがメモリセルからのデータを正常に読み出せないことになる。
また、図7の右側のセンスアンプを構成するpMOSトランジスタ2−P1bについても、2−P1bに比べてウェルNW1の外縁(PW2側)に隣接した領域A2に配置されている。従って、このpMOSトランジスタ2−P1bについても、同様に、閾値電圧Vthのばらつきが大きくなり、精度良く制御できない。この結果、左側のセンスアンプと同様に、右側のセンスアンプもメモリセルからのデータを正常に読み出せないことになる。
例えば、n型のウェルNW1の領域A1のn型不純物の濃度が領域Bに比較して高ければ、領域A1に配置されたpMOSトランジスタ2−P1aは、領域Bに配置されたpMOSトランジスタ2−P2aに比較して閾値電圧Vthが高く形成されることになる。そして、pMOSトランジスタ2−P1aと2−P2aとの閾値電圧Vthの差が、電圧ΔVより大きければ、すでに述べたように、メモリセルのデータを読み出すためのセンスアンプの動作を行うことができなくなる。
さらに、近年、微細化及び低電圧化が進んでおり、電圧ΔVが微少となる方向にあり、上述した対となるn及びpMOSトランジスタ間の閾値電圧の差がセンスアンプの能力に与える影響が大きくなってきているため、閾値電圧Vthのバラツキを小さくする必要がある。
この場合、領域A1及び領域A2の領域にMOSトランジスタを形成しない、すなわちN型のウェルNW1の外縁から十分な距離を取り領域BにpMOSトランジスタ2−P1a(及び2−P1b)とpMOSトランジスタ2−P2a(及び2−P2bとを形成することが考えられるが、この十分な距離を取ることにより、チップ面積が増加してしまうことになる。これは、記憶容量の大容量化に伴い、益々多数のセンスアンプ回路が必要とされる半導体記憶装置の製造において、大きなコストアップを招くことになる。
以上の説明では、センスアンプを構成するpMOSトランジスタの閾値電圧Vthに対するn型のウェル不純物濃度の変化による影響について述べた。しかしながら、後述するように、p型不純物が注入されたp型のウェルにnMOSトランジスタを形成する場合においても、p型ウェルの外縁近傍の領域では、p型ウェルを形成するp型不純物のイオン注入時に不純物の注入量がばらついて不純物濃度が不均一となることは同様である。従って、センスアンプを構成するnMOSトランジスタのように閾値電圧Vthを精度良く制御する必要があるnMOSトランジスタについても、p型ウェルの外縁から離れたウェルの内側領域に配置することが好ましい。
また、ウェルの不純物濃度のばらつきによる影響を受ける素子の特性パラメータとしては、上述したトランジスタの閾値電圧Vthに限られるものではなく、MOSトランジスタのチャネル間リーク電流や、このウェルに接合を有するダイオードの接合容量、接合リーク電流、接合耐圧等がある。
この場合、領域A1及び領域A2の領域にMOSトランジスタを形成しない、すなわちN型のウェルNW1の外縁から十分な距離を取り領域BにpMOSトランジスタ2−P1a(及び2−P1b)とpMOSトランジスタ2−P2a(及び2−P2bとを形成することが考えられるが、この十分な距離を取ることにより、チップ面積が増加してしまうことになる。これは、記憶容量の大容量化に伴い、益々多数のセンスアンプ回路が必要とされる半導体記憶装置の製造において、大きなコストアップを招くことになる。
以上の説明では、センスアンプを構成するpMOSトランジスタの閾値電圧Vthに対するn型のウェル不純物濃度の変化による影響について述べた。しかしながら、後述するように、p型不純物が注入されたp型のウェルにnMOSトランジスタを形成する場合においても、p型ウェルの外縁近傍の領域では、p型ウェルを形成するp型不純物のイオン注入時に不純物の注入量がばらついて不純物濃度が不均一となることは同様である。従って、センスアンプを構成するnMOSトランジスタのように閾値電圧Vthを精度良く制御する必要があるnMOSトランジスタについても、p型ウェルの外縁から離れたウェルの内側領域に配置することが好ましい。
また、ウェルの不純物濃度のばらつきによる影響を受ける素子の特性パラメータとしては、上述したトランジスタの閾値電圧Vthに限られるものではなく、MOSトランジスタのチャネル間リーク電流や、このウェルに接合を有するダイオードの接合容量、接合リーク電流、接合耐圧等がある。
本発明の第1の態様に係る半導体装置は、メモリセルと、前記メモリセルに接続されたビット線と、隣り合うよう配置された互いに導電型の異なる第1ウェルおよび第2ウェルであって第1ウェルと第2ウェルとの間に境界が定義される第1ウェルおよび第2ウェルと、第1ウェルおよび第2ウェルにそれぞれ形成された互いにチャネル型の異なる第1トランジスタおよび第2トランジスタであって第1トランジスタのゲート電極および第2トランジスタのゲート電極が前記ビット線に共通接続される第1トランジスタおよび第2トランジスタと、前記境界と前記第1トランジスタとに挟まれるように前記第1ウェルに形成された第3トランジスタと、を備える。前記第3トランジスタのゲートにはビット線プリチャージ信号が与えられる。
本発明の第2の態様に係る半導体装置は、第1メモリセルおよび第2メモリセルと、前記第1メモリセルおよび前記第2メモリセルにそれぞれ接続された第1ビット線および第2ビット線と、対向する第1縁部および第2縁部により定義されるウェルと、前記第1縁部および前記第2縁部とそれぞれ隣り合うよう前記ウェルに形成された第1トランジスタおよび第2トランジスタであって第1トランジスタは前記第1ビット線のプリチャージのために動作し第2トランジスタは前記第2ビット線のプリチャージのために動作する第1トランジスタおよび第2トランジスタと、前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとの間になるように前記ウェルに形成された第3トランジスタおよび第4トランジスタと、を備える。前記第3トランジスタのゲートおよび前記第4トランジスタのゲートはそれぞれ前記第1ビット線および前記第2ビット線に接続される。
本発明によれば、不純物濃度が不均一なウェルの外縁近傍に配置せず、外縁から一定の距離離れた不純物濃度が均一となるウェル内の領域に、センシティブな素子を配置するようにしている。このため、本発明においては、不純物濃度が設計時に設定された濃度となっているウェル領域にセンシティブな素子が配置されることとなる。
したがって、ウェル内の不純物濃度の変動を抑えて、上記センシティブな素子の特性パラメータを高い精度で制御することができる。
また、特性パラメータを低い精度高精度で制御してもよい非センシティブな素子を不純物濃度が不均一なウェルの外縁近傍に配置するため、チップ面積の増加を抑制したレイアウトが可能となる。
したがって、ウェル内の不純物濃度の変動を抑えて、上記センシティブな素子の特性パラメータを高い精度で制御することができる。
また、特性パラメータを低い精度高精度で制御してもよい非センシティブな素子を不純物濃度が不均一なウェルの外縁近傍に配置するため、チップ面積の増加を抑制したレイアウトが可能となる。
以下、本発明の一実施形態による半導体装置を図面を参照して説明する。本実施形態においては、上記半導体装置として、例えば半導体記憶装置であるDRAMを例として説明する。図1は同実施形態の構成例を示すDRAMにおけるサブセルアレイに分割されたセンスアンプ部分のレイアウトの平面図である。
以下の説明において、前述した図8に示すように、n型のウェルNW1を形成する際、フォトレジストの開口部(ウェル形成のためのレジストパターン)を介してn型不純物のイオン注入を行いウェルを形成するプロセスを用い、ウェルNW1の外縁近傍のn型不純物濃度が不均一となる場合の対応について説明する。
以下の説明において、前述した図8に示すように、n型のウェルNW1を形成する際、フォトレジストの開口部(ウェル形成のためのレジストパターン)を介してn型不純物のイオン注入を行いウェルを形成するプロセスを用い、ウェルNW1の外縁近傍のn型不純物濃度が不均一となる場合の対応について説明する。
すなわち、本実施形態においては、図1に示すように、上記センスアンプにおいて増幅動作を行うpMOSトランジスタ1−P1a、1−P2a、1−P1b、1−P2bを、不純物濃度が不均一なn型のウェルNW1の外縁50あるいは外縁51から離れた、不純物濃度が均一なウェル内部の領域Bに配置する。そして、高精度にて閾値電圧制御を行い、各組のセンスアンプのpMOSトランジスタ同士の閾値電圧Vthをできるだけ同じ値として、これらトランジスタ同士間の閾値電圧Vthの電圧差を、すでに述べた増幅を行う電圧ΔVより小さく形成するものである。以下、そのレイアウトの一例を説明する。
上記半導体記憶装置においては、メモリから読み出されたデータを増幅する図1に示すセンスアンプ回路からなるブロックをビット線の延在方向に対して垂直方向(図の上下方向)に多数接して配置し、センスアンプ列を形成している。そして、センスアンプ列の最端部にはダミーのセンスアンプ回路が配置される。
このブロックは、センスアンプ回路SA1及びSA2の2つのセンスアンプ回路から構成されている。各センスアンプ回路におけるそれぞれのMOSトランジスタは、ブロック内でビット線の延在方向に直線状に配置されている。これは、近年の半導体記憶装置の記憶容量の増加に伴って1メモリセル当たりの面積が小さくなり、これによりビット線のピッチも小さくなったため、レイアウトの都合上、ビット線のピッチとの関係でセンスアンプ列方向のセンスアンプ幅を大きくできないという理由によるものである。
このブロックは、センスアンプ回路SA1及びSA2の2つのセンスアンプ回路から構成されている。各センスアンプ回路におけるそれぞれのMOSトランジスタは、ブロック内でビット線の延在方向に直線状に配置されている。これは、近年の半導体記憶装置の記憶容量の増加に伴って1メモリセル当たりの面積が小さくなり、これによりビット線のピッチも小さくなったため、レイアウトの都合上、ビット線のピッチとの関係でセンスアンプ列方向のセンスアンプ幅を大きくできないという理由によるものである。
上記センスアンプ列は、その両端に隣接するメモリセル領域に挟まれるように形成されている。
そして、図1のレイアウト図に示すように、n型のウェルNW1内に各MOSトランジスタのソース及びドレインを構成するp型の拡散層DP5(及びDP6)、DP1、DP2、DP3、DP4、DP7(及びDP8)が直線状に配列されている(図の左から右へ)。この配列方向と平行に、p型のウェルPW1内のMOSトランジスタのn型不純物の拡散層DN1、DN2、DN5、DN6、DN7が直線状に配列されている(図の右から左へ)。同様に、p型のウェルPW2内の各MOSトランジスタのn型の拡散層DN3、DN4、DN8、DN9、DN10も直線状に配列されている(図の左から右へ)。なお、図1の各拡散層の配列順序は、図2の各MOSトランジスタの配列順序に対応している。
そして、図1のレイアウト図に示すように、n型のウェルNW1内に各MOSトランジスタのソース及びドレインを構成するp型の拡散層DP5(及びDP6)、DP1、DP2、DP3、DP4、DP7(及びDP8)が直線状に配列されている(図の左から右へ)。この配列方向と平行に、p型のウェルPW1内のMOSトランジスタのn型不純物の拡散層DN1、DN2、DN5、DN6、DN7が直線状に配列されている(図の右から左へ)。同様に、p型のウェルPW2内の各MOSトランジスタのn型の拡散層DN3、DN4、DN8、DN9、DN10も直線状に配列されている(図の左から右へ)。なお、図1の各拡散層の配列順序は、図2の各MOSトランジスタの配列順序に対応している。
このセンスアンプ回路SA1及びSA2が形成された上記ブロックにおけるウェル構成は、p型の不純物が注入されたp型のウェルPW1及びPW2の間に、n型の不純物が注入されたn型のウェルNW1が形成された構成となっている。また、p型のウェルPW1がn型のウェルNW1と境界を接する辺と対向する辺(ウェルPW1の左側)は、メモリセルが形成されているp型のウェル領域と境界を接している。同様に、p型のウェルPW2がn型のウェルNW1と境界を接する辺と対向する辺(ウェルPW2の右側)は、メモリセルが形成されているp型のウェル領域と境界を接している。
この各ウェルの作成は従来と同様のプロセスにて行われており、n形のウェルNW1の外縁50あるいは51近傍の領域における領域A1及びA2において、すでに述べたように、n型不純物の濃度が不均一となっている。このため、ウェル内部に近づくにつれて、すなわちウェルの外縁50あるいは51から離れるに従い、n型不純物の濃度が徐々に均一化され、上記外縁50あるいは51からある距離(実験的に、予め使用する各プロセス毎に求められた距離であり、現在使用の製造プロセスにおいては約1μm)以上離れた領域Bはn型不純物の濃度が均一となっている。
この各ウェルの作成は従来と同様のプロセスにて行われており、n形のウェルNW1の外縁50あるいは51近傍の領域における領域A1及びA2において、すでに述べたように、n型不純物の濃度が不均一となっている。このため、ウェル内部に近づくにつれて、すなわちウェルの外縁50あるいは51から離れるに従い、n型不純物の濃度が徐々に均一化され、上記外縁50あるいは51からある距離(実験的に、予め使用する各プロセス毎に求められた距離であり、現在使用の製造プロセスにおいては約1μm)以上離れた領域Bはn型不純物の濃度が均一となっている。
このため、電位を比較するビット線の組において、このビット線間の電位差である電圧ΔVを増幅するためのセンスアンプにおける増幅動作に用いるpMOSトランジスタ1−P1a及び1−P2aのトランジスタ対と、pMOSトランジスタ1−P2b及び1−P1bのトランジスタ対とを、ウェルNW1の外縁50あるいは51から離れたウェルNW1内の領域Bに形成している。すなわち、上記トランジスタを構成するp型不純物からなる拡散層(DP1、DP2、DP3、DP4)及びチャネル領域(ゲート配線層領域GP1、GP2、GP3、GP4)を、ウェルNW1の外縁50あるいは51から離れたウェルNW1内の領域Bに形成している。図1のレイアウトの例では、pMOSトランジスタ1−P1aを構成するp型不純物からなる拡散層DP1が、ウェルNW1の外縁50から1.3μm離れてウェルNW1内の領域(領域B)に配置されている。pMOSトランジスタ1−P1bを構成する拡散層DP4についても、ウェルNW1の外縁51から同様の距離だけ離れてウェルNW1領域(領域B)に配置されている。
すなわち、本実施形態においては、センスアンプに用いられるような、ばらつきの少ない高精度の閾値電圧制御を行う必要のあるMOSトランジスタを、ウェルの不純物濃度が不均一な領域A1及びA2でなく、ウェルの不純物濃度が均一な領域Bに形成しているため、高精度にてMOSトランジスタの閾値電圧制御が行えることになる。したがって、センスアンプ回路において対として用いられるMOSトランジスタ間の閾値電圧Vthを実用上問題ない程度に等しくすることが可能であり、ビット線間における微少な電圧ΔVを高感度で正確に増幅するセンスアンプ回路を構成することができる。
すなわち、本実施形態においては、センスアンプに用いられるような、ばらつきの少ない高精度の閾値電圧制御を行う必要のあるMOSトランジスタを、ウェルの不純物濃度が不均一な領域A1及びA2でなく、ウェルの不純物濃度が均一な領域Bに形成しているため、高精度にてMOSトランジスタの閾値電圧制御が行えることになる。したがって、センスアンプ回路において対として用いられるMOSトランジスタ間の閾値電圧Vthを実用上問題ない程度に等しくすることが可能であり、ビット線間における微少な電圧ΔVを高感度で正確に増幅するセンスアンプ回路を構成することができる。
また、pMOSトランジスタ1−P1aとn型のウェルNW1の外縁50との間に、pMOSトランジスタ1−P3a及び1−P4aのp型不純物からなる拡散層(DP5、DP6)及びチャネル領域(ゲート配線層領域GP5)を形成することを検討した。同様に、pMOSトランジスタ1−P1bとウェルNW1の外縁51との間に、pMOSトランジスタ1−P3b及び1−P4bのp型不純物からなる拡散層(DP7、DP8)及びチャネル領域(ゲート配線層領域GP6)を形成することを検討した。
領域A1及びA2に形成されたpMOSトランジスタの閾値電圧Vthのばらつきを測定した結果、本来、不純物濃度が不均一であるため、高精度の閾値電圧制御が必要なMOSトランジスタを形成できない領域A1及びA2においても、ビット線に対してプリチャージを行うスイッチング機能、すなわちオン/オフ機能のみを必要とする、高精度の閾値電圧制御がそれほど必要のないMOSトランジスタであれば形成できることを確認した。
つまり、n型のウェルNW1内でセンスアンプを構成するpMOSトランジスタ1−P1aと1−P2a、又は1−P1bと1−P2bは、その動作上、特性パラメータである閾値電圧に高精度な制御が要求されものであり、ウェルNW1のn型不純物濃度のばらつきに伴うMOSトランジスタの閾値電圧Vthのばらつき(変動)が、これらpMOSトランジスタが搭載された集積回路の動作に与える影響が相対的に大きい素子である。本発明では、このような素子をセンシティブな素子と称する。従って、センスアンプを構成するpMOSトランジスタは、ウェルの不純物濃度のばらつきに対して相対的にセンシティブということになり、このようなセンシティブな素子は、ウェルNW1の外縁50あるいは51から離れたウェルNW1内の領域Bに形成する必要がある。
領域A1及びA2に形成されたpMOSトランジスタの閾値電圧Vthのばらつきを測定した結果、本来、不純物濃度が不均一であるため、高精度の閾値電圧制御が必要なMOSトランジスタを形成できない領域A1及びA2においても、ビット線に対してプリチャージを行うスイッチング機能、すなわちオン/オフ機能のみを必要とする、高精度の閾値電圧制御がそれほど必要のないMOSトランジスタであれば形成できることを確認した。
つまり、n型のウェルNW1内でセンスアンプを構成するpMOSトランジスタ1−P1aと1−P2a、又は1−P1bと1−P2bは、その動作上、特性パラメータである閾値電圧に高精度な制御が要求されものであり、ウェルNW1のn型不純物濃度のばらつきに伴うMOSトランジスタの閾値電圧Vthのばらつき(変動)が、これらpMOSトランジスタが搭載された集積回路の動作に与える影響が相対的に大きい素子である。本発明では、このような素子をセンシティブな素子と称する。従って、センスアンプを構成するpMOSトランジスタは、ウェルの不純物濃度のばらつきに対して相対的にセンシティブということになり、このようなセンシティブな素子は、ウェルNW1の外縁50あるいは51から離れたウェルNW1内の領域Bに形成する必要がある。
一方、同じウェル内に配置されビット線のプリチャージ用であるpMOSトランジスタ1−P3aと1−P4a、又は1−P31bと1−P4bは、その動作上、特性パラメータである閾値電圧に高精度な制御が要求されず、ウェルNW1のn型不純物濃度のばらつきに伴うMOSトランジスタの閾値電圧Vthのばらつきが、これらpMOSトランジスタが搭載された集積回路の動作に与える影響が相対的に小さい素子である。本発明では、このような素子を非センシティブな素子と称する。つまり、これらプリチャージ回路を構成するpMOSトランジスタは、ウェルの不純物濃度のばらつきに対して相対的に非センシティブということになり、このような非センシティブな素子は、ウェルNW1の外縁50又は51の近傍である領域A1またA2に形成することができることを想到し、本発明に至ったものである。
ウェルの不純物濃度のばらつきによる影響を受ける素子の特性パラメータとしては、MOSトランジスタの閾値電圧Vthに以外にも、上述したように、MOSトランジスタのチャネル間リーク電流や、このウェルに逆導電型半導体層が接する接合を有するダイオードの接合容量、接合リーク電流、接合耐圧等がある。これらのトランジスタやダイオードを同一の半導体基板に搭載した半導体装置において、これらの素子が半導体装置上で適用される機能に応じて、センシティブ素子、又は非センシティブな素子に成り得ることは明らかである。
ウェルの不純物濃度のばらつきによる影響を受ける素子の特性パラメータとしては、MOSトランジスタの閾値電圧Vthに以外にも、上述したように、MOSトランジスタのチャネル間リーク電流や、このウェルに逆導電型半導体層が接する接合を有するダイオードの接合容量、接合リーク電流、接合耐圧等がある。これらのトランジスタやダイオードを同一の半導体基板に搭載した半導体装置において、これらの素子が半導体装置上で適用される機能に応じて、センシティブ素子、又は非センシティブな素子に成り得ることは明らかである。
このように、ウェルの不純物濃度のばらつきによる影響を受ける素子のある特性パラメータが、この素子の搭載された半導体装置の動作に対して与える影響が相対的に大きいセンシティブな素子をウェル外縁から離れたウェル内に配置し、この素子の搭載された半導体装置の動作に対して与える影響が相対的に小さい非センシティブな素子をウェル外縁の近傍に配置する、というのが本発明の基本的な技術的思想である。
ウェルの不純物濃度のばらつきに対して相対的にセンシティブな素子というのは、ウェルの不純物濃度が所定値ばらついたとき、この素子が搭載された半導体装置の期待される動作に与える影響が非センシティブな素子に比べて相対的に大きいということである。
また、半導体装置に期待される動作としては、機能的ものと特性的なものがあるが、製品としてこの両者を満足する必要がある。従って、機能的、特性的にできる限り大きな動作マージンを確保できるよう考慮して、ウェル内のセンシティブな素子と非センシティブな素子の配置を決定することになる。
ウェルの不純物濃度のばらつきに対して相対的にセンシティブな素子というのは、ウェルの不純物濃度が所定値ばらついたとき、この素子が搭載された半導体装置の期待される動作に与える影響が非センシティブな素子に比べて相対的に大きいということである。
また、半導体装置に期待される動作としては、機能的ものと特性的なものがあるが、製品としてこの両者を満足する必要がある。従って、機能的、特性的にできる限り大きな動作マージンを確保できるよう考慮して、ウェル内のセンシティブな素子と非センシティブな素子の配置を決定することになる。
以上の説明から明らかなように、センスアンプに本発明を適用すると、高精度の閾値電圧制御を必要とするMOSトランジスタを形成できずに空いているウェル外縁50あるいは51近傍の領域A1及びA2を、高精度の閾値電圧制御を必要としないMOSトランジスタを形成することによって有効利用することが可能となり、MOSトランジスタを形成しない無駄な領域を生じさせず、チップ面積を増大させることなく、高精度にデータ読み出し可能なセンスアンプ回路を実現することができる。
また、本実施形態において、n型のウェルNW1の領域A1、A2には、上述したようにビット線プリチャージ用pMOSトランジスタ1−P3aと1−P4aの対、及び1−P3bと1−P4bの対を夫々配置した。これは、図5におけるビット線プリチャージ用nMOSトランジスタ2−N6aと2−N7aの対、及び2−N6bと2−N7bの対の代わりとして配置したものである。つまり、ウェルNW1の領域A1、A2を有効に利用するため、ビット線プリチャージ用MOSトランジスタを図5のnチャネル型からpチャネル型に変更して領域A1、A2に配置したものである。ここで、ビット線プリチャージ用pMOSトランジスタのゲート電極に、内部電源電圧VDD(例えば、1.4ボルト)と接地電位Vss(0ボルト)との間で振幅する図5のBLイコライズ用MOS活性化信号の反転信号を印加することも可能である。
また、本実施形態において、n型のウェルNW1の領域A1、A2には、上述したようにビット線プリチャージ用pMOSトランジスタ1−P3aと1−P4aの対、及び1−P3bと1−P4bの対を夫々配置した。これは、図5におけるビット線プリチャージ用nMOSトランジスタ2−N6aと2−N7aの対、及び2−N6bと2−N7bの対の代わりとして配置したものである。つまり、ウェルNW1の領域A1、A2を有効に利用するため、ビット線プリチャージ用MOSトランジスタを図5のnチャネル型からpチャネル型に変更して領域A1、A2に配置したものである。ここで、ビット線プリチャージ用pMOSトランジスタのゲート電極に、内部電源電圧VDD(例えば、1.4ボルト)と接地電位Vss(0ボルト)との間で振幅する図5のBLイコライズ用MOS活性化信号の反転信号を印加することも可能である。
しかし、pMOSトランジスタをnMOSトランジスタと同じサイズで形成した場合、pMOSトランジスタの方がオン時(ゲート電圧がVss:0ボルト)の電流駆動能力が低下することが知られている。そこで、ビット線プリチャージ用pMOSトランジスタのゲート電圧として内部電源電圧VDD(例えば、1.4ボルト)と負電位VBB(例えば、−0.5ボルト)との間で振幅するBLイコライズ用MOS活性化信号を、信号線BLPRBを介して印加しても良い。これにより、内部電源電圧VDDと接地電位Vssとの間よりさらに振幅が大きくなるため、ビット線プリチャージ用pMOSトランジスタのオン時(ゲート電圧がVBB:−0.5ボルト)の電流駆動能力が向上し、ビット線プリチャージの高速化を図ることができる。
また、ビット線プリチャージ用pMOSトランジスタ1−P3a、1−P4a、1−P3b及び1−P4bのオン時のゲート電圧をVBBとすることで、これらトランジスタの閾値電圧Vthがばらついたとしても、ビット線プリチャージとして十分なスピードを確保できる。
また、ビット線プリチャージ用pMOSトランジスタ1−P3a、1−P4a、1−P3b及び1−P4bのオン時のゲート電圧をVBBとすることで、これらトランジスタの閾値電圧Vthがばらついたとしても、ビット線プリチャージとして十分なスピードを確保できる。
上述したように、本実施形態によれば、センスアンプSA1(あるいは、SA2)を構成するpMOSトランジスタ1−P1a(1−P1b)及び1−P2a(1−P2b)がn型のウェルNW1において形成される位置を、ビット線プリチャージ用のpMOSトランジスタ1−P3a(1−P3b)及び1−P4a(1−P4b)が形成される位置に比べて、n型のウェルNW1の外縁50(51)からの距離がより大きい位置に配置した。そのため、不純物濃度が不均一な領域に形成することなく、pMOSトランジスタ1−P1a(1−P1b)及び1−P2a(1−P2b)の閾値電圧のバラツキを低減させ、ビット線間における微少な電位差である電圧ΔVを実用上問題のない高精度で増幅することが可能なセンスアンプを形成することができる。
また、本実施形態によれば、上述したように、高精度の閾値電圧制御が必要なpMOSトランジスタ1−P1a(1−P1b)及び1−P2a(1−P2b)を形成する位置と、ウェルの外縁50(51)との間に、pMOSトランジスタ1−P1a(1−P1b)及び1−P2a(1−P2b)より低い精度の閾値電圧制御でもよいpMOSトランジスタ1−P3a(1−P3b)及び1−P4a(1−P4b)を形成した。そのため、ウェルの外縁50とpMOSトランジスタ1−P1a(1−P1b)及び1−P2a(1−P2b)との距離を離して空いた領域を有効に利用することとなり、チップの面積の増加を抑制することが可能となる。
すなわち、ウェル(例えば、ウェルNW1)内に形成され、2組のセンスアンプを構成する第1のMOSトランジスタ(pMOSトランジスタ1−P1aと1−P2a、1−P1bと1−P2b)が、上記ウェルの外縁(外縁50あるいは51)から所定の距離離れた、ウェルの不純物濃度が均一となる領域Bに形成されている。
これにより、不純物濃度が不均一なウェル領域A1、A2から、第1のMOSトランジスタを離して形成することができるため、より不純物濃度が均一なウェル内の領域にて高精度の閾値電圧制御を行うことが可能となる。
これにより、不純物濃度が不均一なウェル領域A1、A2から、第1のMOSトランジスタを離して形成することができるため、より不純物濃度が均一なウェル内の領域にて高精度の閾値電圧制御を行うことが可能となる。
また、第2のMOSトランジスタ(pMOSトランジスタ1−P3a、1−P4a、1−P3b、1−P4b)を形成する位置に対し、該第2のMOSトランジスタに比して高精度の閾値電圧制御が必要な第1のMOSトランジスタ(pMOSトランジスタ1−P1aと1−P2a、1−P1bと1−P2b)を形成する位置を、該ウェル(ウェルNW1)の外縁(外縁50あるいは51)からの距離をより大きくして配置している。
これにより、ウェル外縁に隣接した不純物濃度が不均一な領域から、高精度の閾値電圧制御が必要な第1のMOSトランジスタを離して形成することができるため、より不純物濃度が均一なウェル内の領域に配置して高精度の閾値電圧制御を行うことが可能となる。
これにより、ウェル外縁に隣接した不純物濃度が不均一な領域から、高精度の閾値電圧制御が必要な第1のMOSトランジスタを離して形成することができるため、より不純物濃度が均一なウェル内の領域に配置して高精度の閾値電圧制御を行うことが可能となる。
また、第2のMOSトランジスタ(pMOSトランジスタ1−P3a、1−P4a、1−P3b、1−P4b)が、ウェル(ウェルNW1)の外縁(50あるいは51)と第1のMOSトランジスタ(pMOSトランジスタ1−P1aと1−P2a、あるいは1−P1bと1−P2a)の間に形成されている。
上述のように、この第2のMOSトランジスタはウェル外縁に隣接した不純物濃度が不均一なウェル領域に配置することが可能であるため、この領域に第2のMOSトランジスタを形成することで外縁に隣接した領域を有効に利用することとなり、チップの面積の増加を抑制することが可能となる。
上述のように、この第2のMOSトランジスタはウェル外縁に隣接した不純物濃度が不均一なウェル領域に配置することが可能であるため、この領域に第2のMOSトランジスタを形成することで外縁に隣接した領域を有効に利用することとなり、チップの面積の増加を抑制することが可能となる。
また、ウェル(ウェルNW1)がn型であり、第2のMOSトランジスタ(pMOSトランジスタ1−P3a、1−P4a、1−P3b、1−P4b)及び第1のMOSトランジスタ(MOSトランジスタ1−P1a、1−P1b)がpチャネル型であり、第2のMOSトランジスタをオン状態とする際、ゲートに負の電圧を印加しても良い。
これにより、ウェルの外縁近傍の不純物濃度が不均一な領域において形成された第2のMOSトランジスタをオンする場合、不純物濃度の不均一による閾値電圧のばらつきを補償すると共に、オン抵抗を小さくして電流駆動能力を増加させることができる。
これにより、ウェルの外縁近傍の不純物濃度が不均一な領域において形成された第2のMOSトランジスタをオンする場合、不純物濃度の不均一による閾値電圧のばらつきを補償すると共に、オン抵抗を小さくして電流駆動能力を増加させることができる。
また、本実施形態において、図8を参照して、p型不純物がイオン注入されて形成されたp型のウェルPW(ウェルNW1を形成することにより、ウェルPW1とPW2とに分離される)に対し、n型不純物をイオン注入することにより、n型のウェルNW1を形成する際、ウェルNW1内においてウェルNW1の外縁50あるいは51近傍における領域A1及びA2のn型の不純物濃度がウェル内において不均一となることを説明した。
しかしながら、p型のウェルを形成するために、p型不純物を注入する際、図8と同様に、フォトレジストを全面に塗布し、リソグラフィ工程によりウェルを形成する位置に対応してフォトレジストを開口して、この開口部にp型不純物をイオン注入する場合、p型のウェルPW1の外縁50あるいはPW2の外縁51近傍において、不純物濃度が不均一となる。この領域にnMOSトランジスタを形成すると、図8について述べたことと同様の理由により高精度の閾値電圧制御が行えなくなる。
しかしながら、p型のウェルを形成するために、p型不純物を注入する際、図8と同様に、フォトレジストを全面に塗布し、リソグラフィ工程によりウェルを形成する位置に対応してフォトレジストを開口して、この開口部にp型不純物をイオン注入する場合、p型のウェルPW1の外縁50あるいはPW2の外縁51近傍において、不純物濃度が不均一となる。この領域にnMOSトランジスタを形成すると、図8について述べたことと同様の理由により高精度の閾値電圧制御が行えなくなる。
したがって、nMOSトランジスタを形成する際に、フォトレジストの開口部を介してイオン注入を行ってp型のウェルを形成するプロセスを用いる場合、上述した実施形態と同様に、高精度の閾値電圧制御を行う必要のあるMOSトランジスタを、比較的大きな閾値電圧のバラツキを許容するMOSトランジスタに比較してp型のウェルの外縁50及び51から離して形成する必要がある。
例えば、図1において、ウェルPW1の外縁50から、nMOSトランジスタ1−N4a及び1−N5aまで所定の距離離し、すなわちn型不純物からなる拡散層(DN1、DN2)及びチャネル領域(ゲート配線層領域GN1、GN2)を、ウェルPW1の外縁50から所定の距離離れたウェルPW1内に形成する。このとき、上述した実施形態と同様に、ウェルPW1の外縁50と、nMOSトランジスタ1−N5aとの間に、nMOSトランジスタ1−N4a及び1−N5aに比較して低い精度の閾値電圧制御でも良い、スイッチング動作のみを行うnMOSトランジスタ1−N1aの拡散層DN5及びチャネル領域(ゲート配線層領域GN5)を配置することができる。このように配置することで、ウェルPW1の外縁50近傍領域を有効に利用することができ、チップの面積の増加を抑制することが可能となる。
例えば、図1において、ウェルPW1の外縁50から、nMOSトランジスタ1−N4a及び1−N5aまで所定の距離離し、すなわちn型不純物からなる拡散層(DN1、DN2)及びチャネル領域(ゲート配線層領域GN1、GN2)を、ウェルPW1の外縁50から所定の距離離れたウェルPW1内に形成する。このとき、上述した実施形態と同様に、ウェルPW1の外縁50と、nMOSトランジスタ1−N5aとの間に、nMOSトランジスタ1−N4a及び1−N5aに比較して低い精度の閾値電圧制御でも良い、スイッチング動作のみを行うnMOSトランジスタ1−N1aの拡散層DN5及びチャネル領域(ゲート配線層領域GN5)を配置することができる。このように配置することで、ウェルPW1の外縁50近傍領域を有効に利用することができ、チップの面積の増加を抑制することが可能となる。
同様に、p型のウェルPW2の外縁51から、nMOSトランジスタ1−N4b及び1−N5bまでの距離を離し、すなわちn型不純物からなる拡散層(DN3、DN4)及びチャネル領域(ゲート配線層領域GN3、GN4)を、ウェルPW2の外縁51から離れたウェルPW2内に形成する。また、ウェルPW2の外縁51と、nMOSトランジスタ1−N4bとの間に、nMOSトランジスタ1−N4b及び1−N5bに比較して低い精度の閾値電圧制御でも良い、スイッチング動作のみを行うnMOSトランジスタ1−N1bの拡散層DN8及びチャネル領域(ゲート配線層領域GN8)を配置することができる。このように配置することで、ウェルPW2の外縁51近傍領域を有効に利用することができ、チップの面積の増加を抑制することができる。
これにより、不純物濃度が不均一なウェルPW1の外縁50あるいはウェルPW2の外縁51に対し、高精度の閾値電圧制御が必要なnMOSトランジスタ1−N4a及び1−N5aとnMOSトランジスタ1−N4b及び1−N5bとを各々離して形成するこができる。そのため、ウェルの外縁近傍に比較して不純物濃度が均一なウェル領域において、それぞれのMOSトランジスタの高精度な閾値電圧制御を行うことが可能となる。ここで、n型のウェルNW1の外縁50あるいは51は、このウェルNW1と接するp型のウェルPW1、PW2の外縁でもある。
そして、ウェルPW1の外縁50と、nMOSトランジスタ1−N4a及び1−N5aとの距離を離し、また、ウェルPW2の外縁51と、nMOSトランジスタ1−N4b及び1−N5bとの距離を離した。そのため、それぞれの空いた領域に、低い精度の閾値電圧制御でも良いnMOSトランジスタ1−N1a、1−N1bをそれぞれ形成することで、この空いた領域を有効に利用することとなり、チップの面積の増加を抑制することができる。
そして、ウェルPW1の外縁50と、nMOSトランジスタ1−N4a及び1−N5aとの距離を離し、また、ウェルPW2の外縁51と、nMOSトランジスタ1−N4b及び1−N5bとの距離を離した。そのため、それぞれの空いた領域に、低い精度の閾値電圧制御でも良いnMOSトランジスタ1−N1a、1−N1bをそれぞれ形成することで、この空いた領域を有効に利用することとなり、チップの面積の増加を抑制することができる。
図2は、DRAMにおけるサブセルアレイに分割されたメモリセル領域における、図1に示すレイアウトに対応したセンスアンプ回路の構成例を示す概念図である。
このセンスアンプ領域の両端にはメモリセル領域が配置されており、ビット線BLTa、BLTb、またビット線BLBa、BLBbそれぞれにメモリセルが接続されている。このメモリセルは、スイッチトランジスタと、このスイッチトランジスタを介してビット線に接続されるキャパシタから構成されている。このキャパシタにデータとして、スイッチトランジスタを介して電荷が蓄積あるいは放電され、「1」または「0」のデータが書き込まれる。図5の従来例にてすでに述べたように、このキャパシタに蓄積される電荷量により、ビット線の変化する電圧ΔVが決定される。
このセンスアンプ領域の両端にはメモリセル領域が配置されており、ビット線BLTa、BLTb、またビット線BLBa、BLBbそれぞれにメモリセルが接続されている。このメモリセルは、スイッチトランジスタと、このスイッチトランジスタを介してビット線に接続されるキャパシタから構成されている。このキャパシタにデータとして、スイッチトランジスタを介して電荷が蓄積あるいは放電され、「1」または「0」のデータが書き込まれる。図5の従来例にてすでに述べたように、このキャパシタに蓄積される電荷量により、ビット線の変化する電圧ΔVが決定される。
センスアンプ回路SA1は、pMOSトランジスタ1−P1a、1−P2a、1−P3a及び1−P4aと、nMOSトランジスタ1−N1a、1−N2a、1−N3a、1−N4a及び1−N5aとから構成されている。ただし、1−N3aは、センスアンプSA2側に配置されている。
また、センスアンプ回路SA2は、pMOSトランジスタ1−P1b、1−P2b、1−P3b及び1−P4bと、nMOSトランジスタ1−N1b、1−N2b、1−N3b、1−N4b及び1−N5bとから構成されている。ただし、1−N2bは、センスアンプSA2側に配置されている。
以下、図2の説明において、( )内は、センスアンプSA1の各構成に対応した、センスアンプSA2における構成を示している。
増幅動作を行うセンスアンプは、nMOSトランジスタ1−N5a(1−N5b)及びp1−P2a(1−P2b)が対となり、nMOSトランジスタ1−N4a(1−N4b)及び1−P1a(1−P1b)が対となっている。
また、センスアンプ回路SA2は、pMOSトランジスタ1−P1b、1−P2b、1−P3b及び1−P4bと、nMOSトランジスタ1−N1b、1−N2b、1−N3b、1−N4b及び1−N5bとから構成されている。ただし、1−N2bは、センスアンプSA2側に配置されている。
以下、図2の説明において、( )内は、センスアンプSA1の各構成に対応した、センスアンプSA2における構成を示している。
増幅動作を行うセンスアンプは、nMOSトランジスタ1−N5a(1−N5b)及びp1−P2a(1−P2b)が対となり、nMOSトランジスタ1−N4a(1−N4b)及び1−P1a(1−P1b)が対となっている。
すなわち、pMOSトランジスタ1−P1a(1−P1b)は、ソースが電源ノードSA−P−MOSに接続され、ゲートがビット線BLBa(BLBb)に接続され、ドレインがビット線BLTa(BLTb)に接続されている。同様に、pMOSトランジスタ1−P2a(1−P2b)は、ソースが電源ノードSA−P−MOSに接続され、ゲートがビット線BLTa(BLTb)に接続され、ドレインがビット線BLBa(BLBb)に接続されている。
また、nMOSトランジスタ1−N4a(1−N4b)は、ドレインが電源ノードSA−N−MOSに接続され、ゲートがビット線BLBa(BLBb)に接続され、ソースがビット線BLTa(BLTb)に接続されている。同様に、nMOSトランジスタ1−N5a(1−N5b)は、ドレインが電源ノードSA−N−MOSに接続され、ゲートがビット線BLTa(BLTb)に接続され、ソースがビット線BLBa(BLBb)に接続されている。
また、nMOSトランジスタ1−N4a(1−N4b)は、ドレインが電源ノードSA−N−MOSに接続され、ゲートがビット線BLBa(BLBb)に接続され、ソースがビット線BLTa(BLTb)に接続されている。同様に、nMOSトランジスタ1−N5a(1−N5b)は、ドレインが電源ノードSA−N−MOSに接続され、ゲートがビット線BLTa(BLTb)に接続され、ソースがビット線BLBa(BLBb)に接続されている。
ここで、pMOSトランジスタ1−P1a及び1−P2a(1−P1b及び1−P2b)は、メモリセルのキャパシタに蓄積された電荷量による微小な電圧差を増幅するのに高精度の閾値電圧制御が必要なため、後述するようにスイッチングの機能のみを必要とし、ある程度の閾値電圧のバラツキを許容するpMOSトランジスタ1−P3a及び1−P4a(1−P3b及び1−P4b)に比較して、ウェルNW1の外縁50(51)から離れた距離に配置される。
pMOSトランジスタ1−P3a(1−P3b)及び1−P4a(1−P4b)は、その配置がビット線の延在方向(メモリセルのビット線方向)に対して直交方向に配置され、各ゲートが信号線BLPRBに接続されている。pMOSトランジスタ1P−3a(1P−3b)は、ソースが信号線LVBLに接続され、ドレインがビット線BLTa(BLTb)に接続されている。また、pMOSトランジスタ1−P4a(1−P4b)は、ソースが信号線LVBLに接続され、ドレインがビット線BLBa(BLBb)に接続されている。ここで、ビット線のプリチャージを行うため、信号線BLPRBのプリチャージMOS活性化信号が負電位の信号レベル(例えば、−0.5ボルト)となると、pMOSトランジスタ1−P3a(1−P3b)及び1−P4a(1−P4b)のゲートに負電位が印加されることでオン状態となり、pMOSトランジスタ1−P3a(1−P3b)はビット線BLTa(BLTb)を電圧VBL(例えば、0.6ボルト)にプリチャージし、pMOSトランジスタ1−P4a(1−P4b)はビット線BLBa(BLBb)を電圧VBLにプリチャージする。
nMOSトランジスタ1−N1a(1−N1b)は、ソースがビット線BLBa(BLBb)に接続され、ゲートが信号線BLEQTに接続され、ドレインがビット線BLTa(BLTb)に接続されている。信号線BLEQTを介してnMOSトランジスタ1−N1a(1−N1b)のゲートに対してイコライズMOS活性化信号の「H」レベル(内部電源電圧D:例えば、1.4ボルト)が印加されると、nMOSトランジスタ1−N1a(1−N1b)はオン状態となり、ビット線BLTa(BLTb)とBLBa(BLBb)との電位を同様のプリチャージ電圧VBLとするイコライズ処理を行う。このとき、電源ノードSA−P−MOS及び電源ノードSA−N−MOSへの電源供給源がオフされており、これらのノードもプリチャージ電圧VBLにイコライズされている。
なお、上記信号線BLPRBに印加されるプリチャージMOS活性化信号は、上記信号線BLEQTに印加されるイコライズ用MOS活性化信号の反転信号である。
なお、上記信号線BLPRBに印加されるプリチャージMOS活性化信号は、上記信号線BLEQTに印加されるイコライズ用MOS活性化信号の反転信号である。
nMOSトランジスタ1−N2a(1−N2b)は、ドレインがビット線BLTa(BLTb)に接続され、ゲートが信号線CLMに接続され、ソースがローカルIO線LIOTa(LIOTb)に接続されている。
nMOSトランジスタ1−N3a(1−N3b)は、ドレインがビット線BLBa(BLBb)に接続され、ゲートが信号線CLMに接続され、ソースがローカルIO線LIOBa(LIOBb)に接続されている。
信号線CLMに「H」レベルのカラム選択信号が印加されると、nMOSトランジスタ1−N2a(1−N2b)及び1−N3a(1−N3b)がオン状態となり、ビット線BLTa(BLTb)がローカルIO線LIOTa(LIOTb)に接続され、ビット線BLBa(BLBb)がローカルIO線LIOBa(LIOBb)に接続される。
nMOSトランジスタ1−N3a(1−N3b)は、ドレインがビット線BLBa(BLBb)に接続され、ゲートが信号線CLMに接続され、ソースがローカルIO線LIOBa(LIOBb)に接続されている。
信号線CLMに「H」レベルのカラム選択信号が印加されると、nMOSトランジスタ1−N2a(1−N2b)及び1−N3a(1−N3b)がオン状態となり、ビット線BLTa(BLTb)がローカルIO線LIOTa(LIOTb)に接続され、ビット線BLBa(BLBb)がローカルIO線LIOBa(LIOBb)に接続される。
次に、図2及び図3を用い、本実施形態によるセンスアンプ回路の動作を説明する。図3は、図2に示すセンスアンプ回路の動作例を説明する波形図である。ここで、例として、ビット線BLTaに接続されたメモリセルからデータを読み出す場合を説明する。このメモリセルには「1」のデータが記憶されている。このため、センスアンプ回路SA1についての動作を説明するが、センスアンプ回路SA2においてセンスアンプ回路SA1と対応する制御信号が入力されるMOSトランジスタの各々は、センスアンプ回路SA1と同様の動作を行う。
時刻t1において、信号線LVBLに対してビット線のプリチャージ電圧VBL(例えば、0.6ボルト)が印加されるとともに、信号線BLPRBを介して、pMOSトランジスタ1−P3a及び1−P4aのゲートに負電位VBB(例えば、−0.5ボルト)のプリチャージMOS活性化信号が印加されると、pMOSトランジスタ1−P3a及び1−P4aがオン状態となり、ビット線BLTa及びBLBaが電圧VBLにプリチャージされる。このとき、信号線BLEQTを介して、nMOSトランジスタ1−N1aのゲートに対し、「H」レベル(内部電源電圧VDD:例えば、1.4ボルト)のBLイコライズ用MOS活性化信号が印加されると、nMOSトランジスタ1−N1aがオン状態となり、ビット線BLTa及びBLBaがプリチャージ電圧VBLにイコライズされる。このとき、電源ノードSA−N−MOS及び電源ノードSA−P−MOSへの電源供給源がオフされており、これらのノードもプリチャージ電圧VBLにイコライズされている。
そして、時刻t2において、信号線BLPRBを「H」レベル(内部電源電圧VDD)とし、信号線BLEQTを「L」レベル(接地電位VSS)とすると、nMOSトランジスタ1−N1a、pMOSトランジスタ1−P3a及び1−P4a各々がオフ状態となり、ビット線BLTa及びBLBaがオープン状態となり、電圧レベルがプリチャージ電圧VBLに維持された状態となる。
次に、時刻t3において、ビット線BLTaに接続されている上記メモリセルに対応するワード線WLをアクティブ状態(図3では電圧VPPの「H」レベルのオン状態:例えば、VPP=2.7ボルト)とすると、スイッチトランジスタ(nMOSトランジスタ)がオン状態となり、このスイッチトランジスタを介し、メモリセルからビット線BLTaに対してキャパシタに蓄積された電荷が移動し、ビット線BLTaの電位がこの電荷量に対応して電圧ΔV上昇する。
また、ビット線BLBaの電位がプリチャージ電圧VBLを維持するため、この結果、ビット線BLTa及びBLBa間にて電圧ΔVの電位差が発生することになる。
また、ビット線BLBaの電位がプリチャージ電圧VBLを維持するため、この結果、ビット線BLTa及びBLBa間にて電圧ΔVの電位差が発生することになる。
そして、時刻t4において、電源ノードSA−N−MOSを接地電位VSSとし、電源ノードSA−P−MOSをVDL((例えば、1.2ボルト)とすることにより、ゲートにビット線BLTaが接続されたpMOSトランジスタ1−P2aに比較して、ゲートにビット線BLBaが接続されたpMOSトランジスタ1−P1aの方が、ビット線BLBaが電圧ΔV低い分だけより強くオン状態(オン抵抗小)となる。
一方、ゲートにビット線BLBaが接続されたnMOSトランジスタ1−N4aに比較して、ゲートにビット線BLTaが接続されたnMOSトランジスタ1−N5aの方が、ビット線BLTaが電圧ΔV高い分だけより強くオン状態(オン抵抗小)となる。
これにより、よりビット線BLTaの電位が上昇し、一方、ビット線BLBaの電位が下降し、最終的に、ビット線BLTaの電位が電源ノードSA−P−MOSのVDLとなり、ビット線BLBaの電位が接地電位Vssとなり、センスアンプにおける電圧ΔVの増幅動作が終了する。
一方、ゲートにビット線BLBaが接続されたnMOSトランジスタ1−N4aに比較して、ゲートにビット線BLTaが接続されたnMOSトランジスタ1−N5aの方が、ビット線BLTaが電圧ΔV高い分だけより強くオン状態(オン抵抗小)となる。
これにより、よりビット線BLTaの電位が上昇し、一方、ビット線BLBaの電位が下降し、最終的に、ビット線BLTaの電位が電源ノードSA−P−MOSのVDLとなり、ビット線BLBaの電位が接地電位Vssとなり、センスアンプにおける電圧ΔVの増幅動作が終了する。
次に、時刻t5において、カラム選択信号CLMを「H」レベル(内部電源電圧VDD)とすることにより、nMOSトランジスタ1−N2a及び1−N3aがオン状態となり、ビット線BLTaがローカルIO線LIOTaに接続されることにより、増幅後のビット線BLTaの電位VDLがローカルIO線LIOTaに出力され、また、ビット線BLBaがローカルIO線LIOBaに接続されることにより、増幅後のビット線BLBaの電位VSSがローカルIO線LIOBaに出力される。
そして、時刻t6において、カラム選択信号CLMを「L」レベル(接地電位)とすることにより、nMOSトランジスタ1−N2a及び1−N3aがオフ状態となり、ビット線BLTaがローカルIO線LIOTaから切り離され、また、ビット線BLBaがローカルIO線LIOBaから切り離される。
次に、時刻t7において、ワード線WLが「L」レベル(接地電位Vss)となり、上記スイッチトランジスタがオフ状態となり、データの読み出しを行っていたメモリセルがビット線BLTaから切り離される。
そして、時刻t8以降において、メモリセルからの読み出しが継続される場合、時刻1から時刻7までの動作が繰り返されることになる。
そして、時刻t8以降において、メモリセルからの読み出しが継続される場合、時刻1から時刻7までの動作が繰り返されることになる。
上述したように、本実施形態においては、センスアンプを構成するトランジスタのウェル内での配置を工夫することにより、高精度に閾値電圧制御されたpMOSトランジスタ1−P1a、1−P2a、または、pMOSトランジスタ1−P1b、1−P2bを実現することができる。そのため、pMOSトランジスタ1−P1a、1−P2a間の閾値電圧のバラツキ、あるいはpMOSトランジスタ1−P1b、1−P2b間の閾値電圧のバラツキを従来に比較して低く抑えることが可能となる。よって、従来に比較し、上記動作において、より上記電圧ΔVが低い場合でも増幅動作することが可能となり、チップ面積の増加を招くことなくメモリセルからのデータの読み出し精度を向上させることができる。
次に、図4を用いて、図1から図3を用いて説明した本実施形態が用いられた半導体記憶装置の説明を行う。この図4は、本実施形態によるセンスアンプ回路が用いられた半導体記憶装置の構成例を示す概略ブロック図である。
ここでは、一例として、SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)を用いて示す。
上記半導体記憶装置は、内部CLK(クロック)生成回路807、制御信号生成回路808、Xデコーダ・Xタイミング生成回路802、Yデコーダ・Yタイミング生成回路803、データ制御回路804、DLL(Delay Locked Loop)回路809、メモリアレイ801、データラッチ回路805、入出力インターフェース806を備えている。
ここでは、一例として、SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)を用いて示す。
上記半導体記憶装置は、内部CLK(クロック)生成回路807、制御信号生成回路808、Xデコーダ・Xタイミング生成回路802、Yデコーダ・Yタイミング生成回路803、データ制御回路804、DLL(Delay Locked Loop)回路809、メモリアレイ801、データラッチ回路805、入出力インターフェース806を備えている。
上記メモリアレイ801は、複数のメモリバンクBank0〜Bankmを具備する。メモリバンクBank0〜Bankmは、それぞれX制御回路31と、Y制御回路32と、複数のサブワードドライバ回路302と、複数のセンスアンプ列207と、複数のメモリマット列810a、810b、810c、…、とを有する。複数のメモリマット列810a、810b、810c、…、それぞれは、複数のメモリマットを有しており、メモリマットには複数のメモリセルが含まれて構成される。また、センスアンプ列207は、複数のセンスアンプ回路203を具備する。ここで、このセンスアンプ回路203が本実施形態のセンスアンプ回路に対応している。
上記半導体記憶装置において、Xデコーダ・Xタイミング生成回路802が外部装置から入力されるアドレス信号ADDのロウ(X)・アドレスをデコードする。また、Yデコーダ・Yタイミング生成回路803が上記アドレス信号のカラム(Y)・アドレスをデコードする。また、半導体記憶装置は、上記デコード結果に応じ、メモリアレイ801が有するメモリバンクBank0〜Bankmのワード線WL及びビット線(BLTa、BLTb、BLBa、BLBb)を選択し、選択したワード線WL及びビット線(BLTa、BLTb、BLBa、BLBb)の交点に配置されたメモリセルMCに記憶されているデータを、センスアンプ列207のセンスアンプ回路203及びローカルIO線(LIOTa及びLIOBaのビット線対、またはLIOTb及びLIOBbのビット線対)を介して、読み出す又は、当該メモリセルMCにデータを記憶させる。入出力インターフェース806は、DLL回路809により外部クロックに同期して読み出したデータを外部装置に出力し、あるいは書き込むデータを外部装置から入力する。上記各回路は、内部CLK生成回路807が入力される外部クロックから生成した内部クロックにより動作する。
本実施形態により形成されるセンスアンプ回路を用いることにより、メモリセルからのデータの読み出し精度が、従来に比較して向上した半導体記憶装置を提供することができる。
以上述べたように、本発明は、ウェルへの不純物のイオン注入時におけるフォトレジストの側壁からの反射などの影響によりウェルの不純物濃度がばらつくという知見に基づき、ウェルの不純物濃度のばらつきによる影響を受ける特性パラメータを有する素子について、そのウェルの不純物濃度のばらつきに対して相対的にセンシティブな素子をウェル外縁から離れたウェル内に配置し、ウェルの不純物濃度のばらつきに対して相対的に非センシティブな素子をウェル外縁の近傍に配置するという新規な技術を提供するものである。
1−P1a,1−P2a,1−P1b,1−P2b,1−P3a,1−P4a,1−P3b,1−P4b…pチャネル型MOSトランジスタ
1−N1a,1−N1b,1−N2a,1−N2b,1−N3a,1−N3b,1−N4a,1−N4b,1−N5a,1−N5b…nチャネル型MOSトランジスタ
203,SA1,SA2…センスアンプ回路
NW1…n型不純物が注入されたn型のウェル
PW1,PW2…p型不純物が注入されたp型のウェル
SA−N−MOS,SA−P−MOS…電源ノード
BLTa,BLTb,BLBa,BLBb…ビット線
LIOTa,LIOTb,LIOBa,LIOBb…ローカルIO線
LVBL,BLPRB,BLEQT,CLM…信号線
50,51…ウェルの外縁
1−N1a,1−N1b,1−N2a,1−N2b,1−N3a,1−N3b,1−N4a,1−N4b,1−N5a,1−N5b…nチャネル型MOSトランジスタ
203,SA1,SA2…センスアンプ回路
NW1…n型不純物が注入されたn型のウェル
PW1,PW2…p型不純物が注入されたp型のウェル
SA−N−MOS,SA−P−MOS…電源ノード
BLTa,BLTb,BLBa,BLBb…ビット線
LIOTa,LIOTb,LIOBa,LIOBb…ローカルIO線
LVBL,BLPRB,BLEQT,CLM…信号線
50,51…ウェルの外縁
Claims (19)
- メモリセルと、
前記メモリセルに接続されたビット線と、
隣り合うよう配置された互いに導電型の異なる第1ウェルおよび第2ウェルであって第1ウェルと第2ウェルとの間に境界が定義される第1ウェルおよび第2ウェルと、
第1ウェルおよび第2ウェルにそれぞれ形成された互いにチャネル型の異なる第1トランジスタおよび第2トランジスタであって第1トランジスタのゲート電極および第2トランジスタのゲート電極が前記ビット線に共通接続される第1トランジスタおよび第2トランジスタと、
前記境界と前記第1トランジスタとに挟まれるように前記第1ウェルに形成された第3トランジスタと、を備え、
前記第3トランジスタのゲートにはビット線プリチャージ信号が与えられることを特徴とする半導体装置。 - 前記第3トランジスタは前記境界の隣に設けられることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 別のビット線と、
前記第1トランジスタが前記第3トランジスタと第4トランジスタとに挟まれるように前記第1ウェルに形成された第4トランジスタと、
前記第2トランジスタが前記境界と第5トランジスタとに挟まれるように前記第2ウェルに形成された第5トランジスタと、をさらに備え、
前記第4トランジスタのゲート電極および前記第5トランジスタのゲート電極は前記別のビット線に共通接続されることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 - 前記第1トランジスタと前記第4トランジスタとは隣り合うよう配置され、前記第2トランジスタと前記第5トランジスタとは隣り合うよう配置されることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
- 前記第1ウェルの導電型はN型であり、前記第2ウェルの導電型はP型であることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の半導体装置。
- 前記第1トランジスタおよび前記第3トランジスタのそれぞれはPチャネル型のトランジスタであり、前記第2トランジスタはNチャネル型のトランジスタであることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
- 第1メモリセルおよび第2メモリセルと、
前記第1メモリセルおよび前記第2メモリセルにそれぞれ接続された第1ビット線および第2ビット線と、
対向する第1縁部および第2縁部により定義されるウェルと、
前記第1縁部および前記第2縁部とそれぞれ隣り合うよう前記ウェルに形成された第1トランジスタおよび第2トランジスタであって第1トランジスタは前記第1ビット線のプリチャージのために動作し第2トランジスタは前記第2ビット線のプリチャージのために動作する第1トランジスタおよび第2トランジスタと、
前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとの間になるように前記ウェルに形成された第3トランジスタおよび第4トランジスタと、を備え、
前記第3トランジスタのゲートおよび前記第4トランジスタのゲートはそれぞれ前記第1ビット線および前記第2ビット線に接続されることを特徴とする半導体装置。 - 第3メモリセルおよび第4メモリセルと、
前記第3メモリセルおよび前記第4メモリセルにそれぞれ接続された第3ビット線および第4ビット線と、
前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとの間になるように前記ウェルに形成された第5トランジスタおよび第6トランジスタと、を備え、
前記第5トランジスタのゲートおよび前記第6トランジスタのゲートはそれぞれ前記第3ビット線および前記第4ビット線に接続されることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。 - 前記第3トランジスタと前記第5トランジスタとは隣り合うよう配置され、前記第4トランジスタと前記第6トランジスタとは隣り合うよう配置されることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
- 前記ウェルは第1ウェルであり、
本半導体装置はさらに、
前記第1ウェルと第2ウェルとが前記第1縁部をそれらのウェルの間の境界として定義するよう前記第1ウェルの隣に配置される第2ウェルであって第2ウェルの導電型は前記第1ウェルの導電型とは異なる第2ウェルと、
前記第2ウェルに形成された第5トランジスタと、を備え、
前記第5トランジスタのゲートは前記第1ビット線に接続されることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。 - 前記第1ウェルと第3ウェルとが前記第2縁部をそれらのウェルの間の境界として定義するよう前記第1ウェルの隣に配置される第3ウェルであって第3ウェルの導電型は前記第2ウェルの導電型と同じである第3ウェルと、
前記第3ウェルに形成された第6トランジスタと、をさらに備え、
前記第6トランジスタのゲートは前記第2ビット線に接続されることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。 - 第3メモリセルおよび第4メモリセルと、
前記第3メモリセルおよび前記第4メモリセルにそれぞれ接続された第3ビット線および第4ビット線と、
前記第1トランジスタと前記第2トランジスタとの間になるように前記第1ウェルに形成された第7トランジスタおよび第8トランジスタと、をさらに備え、
前記第7トランジスタのゲートおよび前記第8トランジスタのゲートはそれぞれ前記第3ビット線および前記第4ビット線に接続され、
前記第3トランジスタと前記第7トランジスタとは隣り合うよう配置され、前記第4トランジスタと前記第8トランジスタとは隣り合うよう配置されることを特徴とする請求項11に記載の半導体装置。 - 前記第2ウェルおよび前記第3ウェルにそれぞれ形成された第9トランジスタおよび第10トランジスタをさらに備え、
前記第9トランジスタのゲートおよび前記第10トランジスタのゲートはそれぞれ前記第3ビット線および前記第4ビット線に接続されることを特徴とする請求項12に記載の半導体装置。 - 前記第3トランジスタ、前記第5トランジスタ、前記第7トランジスタおよび前記第9トランジスタは前記第1ビット線と前記第3ビット線との電位差を増幅し、前記第4トランジスタ、前記第6トランジスタ、前記第8トランジスタおよび前記第10トランジスタは前記第2ビット線と前記第4ビット線との電位差を増幅することを特徴とする請求項13に記載の半導体装置。
- 前記第5トランジスタは前記第1ウェルの第1縁部の隣に配置され、前記第6トランジスタは前記第1ウェルの第2縁部の隣に配置されることを特徴とする請求項13に記載の半導体装置。
- 前記第1トランジスタから前記第10トランジスタは一列に配置されることを特徴とする請求項15に記載の半導体装置。
- 前記第1ウェルの導電型はN型であり、前記第2ウェルおよび前記第3ウェルの導電型はP型であることを特徴とする請求項15または16に記載の半導体装置。
- 前記第1トランジスタから前記第4トランジスタ、前記第7トランジスタ、および前記第8トランジスタのそれぞれはPチャネル型のトランジスタであり、前記第5トランジスタ、前記第6トランジスタ、前記第9トランジスタおよび前記第10トランジスタのそれぞれはNチャネル型のトランジスタであることを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。
- 前記第1トランジスタのゲートおよび前記第2トランジスタのゲートにはプリチャージ信号が
共通に与えられることを特徴とする請求項7から18のいずれかに記載の半導体装置。
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